DisplayPort™ 2.1の仕様とテストの概要

2022年10月、VESAはDisplayPort™ 2.1（DP 2.1）仕様を発表しました。これは、高帯域幅のビデオ伝送における消費電力を削減し、ビデオ伝送機能をさらに強化するために設計されたパネルリプレイ（PR）とディスプレイストリーム圧縮（DSC）技術をそれぞれ導入したものです。

DisplayPort™ 2.1のDSCサポート

DP 2.1製品はDSCをサポートする必要があり、これは図1に示すようにソース側とシンク側の両方からのサポートによってのみ有効になります。2019年後半にDSC用の完全な圧縮技術であるCTS（Compliance Test Specification）がリリースされることで、DP 2.1製品がDSCを完全にサポートできるようになりました。CTS for DSCは、視覚に影響を与えたり画像遅延を引き起こしたりすることなく画像を圧縮することで、低帯域幅での高解像度を可能にします。

図1：ソース・デバイスとシンク・デバイスのDSCサポート

DisplayPort™ 2.1の機能

DP 2.1の発表で高帯域幅DPビデオ伝送時の消費電力を削減するパネル・リプレイ（PR)も紹介されました。製造業者はPRを導入する必要はありませんが、この機能はスマートフォンやノートパソコンなどの消費電力とバッテリー寿命が大事な機器で大きな役割を果たします。

オリジナル・パネル・セルフ・リフレッシュ（PSR）技術とは異なり、PRはeDPインターフェース以外にも使用することができます。初期のPSR技術の延長として、PRはセルフ・リフレッシュ・メカニズムであり、DPシンクがリモート・フレーム・バッファ（RFB）を介して画像にアクセスし、ソースからの信号伝送を停止することで、ソース側の省電力機能を実現しながらセルフ・リフレッシュを可能にします。

DP 2.1のディスプレイ機能は表1に示されています。DSCで DP 1.4は 8K (7680x4320)の解像度と 60Hzのリフレッシュレートを実現します。一方、DSC付きDP 2.1は、最大解像度16K（15360x8460）のリフレッシュレート60Hzをサポートします。

表1: DP 1.4とDP 2.1のディスプレイ機能

DisplayPort™ 2.1の新しい物理層

DP 2.1が提供する十分な帯域幅により、USB-CインターフェースのDP altモード出力モードと完全な互換性があります。DPがUSB-Cインターフェースを使用する場合、Power Delivery（PD）を介して通信し、2レーンのDPと1レーンのUSB 3.2伝送を使用することができます。これにより、AR/VRデバイスの開発機会が増えます。

DP 2.1で導入された新しい物理層は、128b/132bエンコーディングを使用して帯域幅の使用効率を向上させており、DP 1.4の8b/10bエンコーディングから大幅にアップグレードされています。しかし、DP 2.1ではDP 1.4と同じインターフェイスアーキテクチャが採用されており、DP 1.4製品では8b/10bエンコーディング、DP 2.1製品では128b/132bエンコーディングが採用されている。以下の図2は、DPインターフェース・アーキテクチャにおけるDSCの導入を示しています。

図2: DSCのDPインターフェイスの紹介

DisplayPort™ 2.1 がどうやってビデオとオーディオ信号を伝送するのか

DP 2.1は様々な段階を踏んでビデオとオーディオ信号をソースからシンクへ伝送します。まず、動画ストリームはDSCを用いてエンコードされており、伝送方法はオークスチャンネルを通じて決定されます。 High-Bandwidth Digital Content Protection (HDCP)は 視聴覚情報を暗号化するために行われます。その後に、エンコードされた動画とオーディオは128b/132エンコーディングによってシンクに伝送されます。最後にシンクが同じ方法で信号をデコードし、オーディオビジュアルデータを出力します。

DP 2.1トランスミッターのイコライザーは、広帯域伝送時の信号歪みを補正するように調整されています。受信機が連続時間線形等化（CTLE）と決定フィードバック等化（DFE）を使用している間、ディエンファシスレベルとプリシュートを使用します。 これによって、 ソースからシンクへの信号の歪みが軽減され、オーディオビジュアルデータが問題なく伝送されます。

図3: DP 2.1がどのように信号の歪みを軽減するか

DisplayPort™ 2.1の高ビットレート

DP 2.1仕様は、3つの伝送レートオプションを提供するUHBR（Ultra High Bit Rate）を使用する：

• 伝送速度10GbpsのUHBR10
• 伝送速度13.5GbpsのUHBR13.5
• 伝送速度20GbpsのUHBR20

UHBR10は必須ですが、メーカーはオプションのUHBR13.5とUHBR20を同j乳するかどうかを選択できます。各伝送レートに適したケーブルタイプは、VESAによって表2に定義されています：

表 2: UHBR10、UHBR13.5、および UHBR20 に適したケーブル・タイプ

DisplayPort™ 2.1のケーブルサポート

高い広帯域伝送レートのDP 2.1はケーブルサポートに関しては制限があります。DP2.1をサポートできるケーブルの種類は二つあります。UHBR10までサポートできるDP40ケーブルとUHBR13.5とUHBR20をサポートできるDP80ケーブルの二種類です。 DP80ケーブルに関しては短くないといけません。その理由はチャンネル損失による広帯域品質に影響を与えるからです。これにより、帯域幅の効率的な利用を可能にするDSCの重要性がわかります。DP2.0の使用幅を広げるためにVESAはお客様のニーズを叶えるためにDPケーブルの新しいテスト仕様研究しています。

図4：DP40とDP80のケーブル

DisplayPort™ 2.1 リンクトレーニング

DP 2.1では、互換性を向上させるためにリンク層のAuxチャネルの使用を拡張し、またオーディオビジュアルデータの伝送を強化するためにDPCD（DisplayPort Configuration Data）にUHBRxに属するレジスタアドレスを追加しました。

DPCDはシンク側でのみインポートされ、DP2.1リンクトレーニングに使用されます。リンク・トレーニングは、オーディオビジュアル・データの伝送条件を設定・管理するもので、製品の伝送方式や伝送チャンネル数を決定し、最適な信号伝送と画質のために使用するEQパラメータを決定します。

The DP 2.1リンク・トレーニング・プロセスは四つの段階に分けられます。

1. ソースはシンクの DPCD を読み、その能力を確認する。
2. DP 2.1 128b/132b 伝送モードが有効になる。
3. 伝送品質を確認するためにEQパラメータ設定を通信する。
4. 異なるTrainingパターンを用いてLink Trainingの品質を確認する。

図5はDP 2.1 リンク・トレーニング・プロセスを表しています。

表5: DP 2.1 リンク・トレーニング・プロセス

DisplayPort™ 1.4と2.1の仕様の違い

DP 2.1 CTSは2021年からリリースされているが、GRLの専門家によると多くのメーカーはDP 1.2とDP 1.4のテストを優先しています。その理由は多くの企業は高画質の重要があまりないと信じており、ほとんどの動画コンテンツは4Kだと信じているからである。DP 1.2は4K画質に対応しており、DP 1.4は DisplayHDR機能をもっているので、メーカーは高画質を選ぶよりDisplayHDRに対応するDP 1.4を選びます。 したがって、DP 2.1製品の採用は今後数年間注視する価値があります。

VESAのDisplayPort（DP）規格2.1¹によるDP 1.4とDP 2.1の違いを表3にまとめました。ただし、仕様に関する議論は現在も進行中であるため、以下に示す内容はあくまで参考であることに留意ください。実際の仕様については、VESAが発表する最新の内容をご参照ください。

図3：DP 1.4とDP 2.1の違いのまとめ

GRLでテストし、VESA DisplayPort 2.1規格を守ろう

最新のDisplayPort™ 2.1規格に準拠する最良のタイミングは昨日でした。二番目に最良のタイミングは今です。 GRLはDisplayPort™コンプライアンステスト開発の最先端に立っており、DisplayPort™規格の関係者と協力し、コンプライアンスと信頼性を保証する包括的なDisplayPort™テストサービスを提供してます。当社のサービスに興味がありましたら、ご連絡ください。

参考文献

• VESA DisplayPort（DP）規格バージョン2.1 2022年10月10日： https://vesa.org/ 

筆者
ジェリー・ソン、ソン・チャオユー GRL台湾テクニカルマネージャー

彼はGRLグローバルDisplayPort技術開発リーダーです。DisplayPort、HDMI、Thunderbolt、Power Delivery、SDと他のインターフェイスに詳しく、テスト・サービスでの7年の経験があります。

本書の仕様および記載事項は、予告なく変更することがあります。